WO2022138053A1 - ドッキング装置におけるリニアアクチュエータの電力制御装置 - Google Patents

ドッキング装置におけるリニアアクチュエータの電力制御装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2022138053A1
WO2022138053A1 PCT/JP2021/044330 JP2021044330W WO2022138053A1 WO 2022138053 A1 WO2022138053 A1 WO 2022138053A1 JP 2021044330 W JP2021044330 W JP 2021044330W WO 2022138053 A1 WO2022138053 A1 WO 2022138053A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
motor
linear actuator
power
current
current command
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/044330
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
功史郎 宇宿
道雄 諌山
明 持木
謙太 長濱
正 升岡
要 河津
Original Assignee
株式会社Ｉｈｉエアロスペース
国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社Ｉｈｉエアロスペース, 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 filed Critical 株式会社Ｉｈｉエアロスペース
Priority to US18/039,463 priority Critical patent/US20240022189A1/en
Publication of WO2022138053A1 publication Critical patent/WO2022138053A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/008—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output wherein the generator is controlled by the requirements of the prime mover
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/64—Systems for coupling or separating cosmonautic vehicles or parts thereof, e.g. docking arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/64—Systems for coupling or separating cosmonautic vehicles or parts thereof, e.g. docking arrangements
    • B64G1/646—Docking or rendezvous systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1869—Linear generators; sectional generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • H02P5/46—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G4/00—Tools specially adapted for use in space
    • B64G2004/005—Robotic manipulator systems for use in space

Definitions

  • the present invention relates to a power control device used to control power supplied to a linear actuator of a parallel link mechanism in a docking device of a spacecraft provided with a parallel link mechanism.
  • Patent Document 1 Conventionally, as a docking device, for example, there is one disclosed in Patent Document 1.
  • the docking device described in Patent Document 1 is mounted on a spacecraft and controls the expansion / contraction speed of six linear actuators constituting a six-axis parallel link mechanism to control the expansion / contraction speed of the spacecraft when docked with another spacecraft. Achieves correction of misalignment between aircraft and attenuation of inertial force.
  • a method of driving a ball screw composed of a nut and a lead screw with a motor is used, and power is supplied to the motor from a power source mounted on the spacecraft via a driver.
  • the conventional docking device as described above cannot supply sufficient power to the motor of each linear actuator, so that it cannot be mounted on the spacecraft. Therefore, in order to enable the docking device to be mounted on a spacecraft, it is indispensable to modify the docking device to increase the power supply capacity, and as a result, there is a problem that the manufacturing cost of the spacecraft increases.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional situation, and is a docking device capable of mounting a docking device even on a spacecraft having a small power supply capacity without requiring modification for increasing the power supply capacity. It is an object of the present invention to provide a power control device for a linear actuator in.
  • the power control device for a linear actuator in a docking device is a docking device provided with a 6-axis parallel link mechanism having 6 links driven by a linear actuator as a component, and is used for each link linear actuator. It is a device that controls the supplied power.
  • This power control device has a motor driver that controls the rotational speed of the motor that is the drive source of the linear actuator based on the load generated in the axial direction of the link during docking, and the motor driver is based on the speed command of the motor. It is equipped with a speed control unit that outputs a current command to the motor and a current control unit that converts the current command from the speed control unit into a voltage command, and a current command limiter is provided between the speed control unit and the current control unit.
  • the current command limiter is characterized in that the current command is limited so that the power consumption per linear actuator is 1/6 or less of the power supply capacity for motor power.
  • the power control device for the linear actuator in the docking device according to the present invention is equipped with the docking device without the need for modification to increase the power supply capacity even for a spacecraft having a small power supply capacity. can do.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a docking device to which a power control device for a linear actuator according to the present invention can be applied.
  • the illustrated docking device 1 is mounted on one spacecraft A that inertially flies in outer space, and is used for coupling with the other spacecraft B that also inertially flies in outer space.
  • the docking device 1 has a base ring 2 arranged at a coupling portion of one spacecraft A, a capture ring 3 that contacts the other spacecraft B at the time of docking, and six links that expand and contract by a linear actuator 10. It includes a parallel link mechanism 5 composed of 4 and connecting the base ring 2 and the capture ring 3 with 6 degrees of freedom, and a control unit 6 for controlling the linear actuator 10 of each link 4.
  • the power control device according to the present invention is at least a part of the control unit 6.
  • the docking device 1 is provided with guides 20 arranged at intervals of 120 degrees on the capture ring 3.
  • a capture ring 3 and a guide 20 similar to those of one spacecraft A are arranged at the joint portion of the other spacecraft B.
  • the linear actuator 10 uses a method in which a ball screw composed of a nut and a lead screw is driven by a motor, and is a load cell for measuring a load generated in the axial direction of the link 4 or a motor. It is equipped with sensors such as a pulse encoder for measuring the rotation speed.
  • the docking device 1 measures the load data and the axial data at each link 4 of the parallel link mechanism 5 at the time when the capture ring 3 comes into contact with the other spacecraft B in the coupling process between the spacecraft.
  • the load vector and the torque vector at the center of the capture ring 3 are calculated based on the data of the above, and the expansion / contraction operation of each link 4 by each linear actuator 10 is controlled based on these vectors.
  • the docking device 1 controls the behavior of the capture ring 3 so as to correct the misalignment between the spacecraft, and adjusts the expansion / contraction speed of the linear actuator 10 so that the load generated on each link 4 gradually decreases. Then, the inertial force of the other spacecraft B is attenuated.
  • the power control device for the linear actuator 10 in the docking device is a device that controls the power supplied to the linear actuator 10 of each link 4, and the control system for the linear actuator 10 is configured by virtual compliance control. Similar to the well-known compliance control, the virtual compliance control detects the force / moment acting on the parallel link mechanism 5 from the load cell or the like, and controls the operating speed of each linear actuator so as to become a virtual spring mass damper system. It is a thing and can realize docking with almost no impact.
  • the power control device of the linear actuator 10 has a power supply E, a backflow prevention diode 13, and a regenerative power absorption for the motor driver 11, the motor M, and the encoder 12 provided for each link 4. It includes a circuit 14 and a host controller 15 for performing virtual compliance control.
  • the host controller 15 inputs a load generated in the axial direction of the link 4 at the time of docking, and outputs a speed command to the motor driver 11 based on the load. Then, by controlling the rotational speed of the motor M at each link 4, the expansion / contraction operation of the link 4 and the behavior of the capture ring 3 are controlled in order to correct the misalignment and attenuate the inertial force described above.
  • the above motor driver 11 has a speed control unit 31 that outputs a current command based on the speed command of the motor M obtained by virtual compliance control, and a voltage command from the speed control unit 31.
  • a power supply capacity that includes a current control unit 32 that converts into a command and distributes the power consumption per linear actuator 10 between the speed control unit 31 and the current control unit 32 for the power of the motor M.
  • the current command limiter 33 that limits the current command so as to be 1/6 or less of the current is provided.
  • the upstream power supply of the motor driver 11 is used not only for the power of the motor M but also for the control power supply of the host controller 15 and each motor driver 11. Therefore, the power supply capacity to be limited by the current command limiter 33 is the power supply capacity distributed from the upstream power supply for the power of the motor M, and is the total capacity of the main power supply mounted on the spacecraft (space). It is not the power capacity of the machine).
  • the speed control unit 31 includes a proportional controller 31A, an integral controller 31B, first and second adder / subtractors 31C and 31D on the input side, and a third adder / subtractor 31E on the output side.
  • the current control unit 32 includes a current controller 32A and an input side add / subtractor 32B.
  • the current command limiter 33 inputs a pre-limit current command from the third add / subtractor 31E of the speed control unit 31, and outputs a post-limit current command to the input side add / subtractor 32B of the current control unit 32.
  • the motor driver 11 includes a PWM controller 34 to which a voltage command is input and an H bridge circuit 35 in series between the current control unit 32 and the motor M. Further, the motor driver 11 is a speed calculator that calculates the rotation speed of the motor M from the detection values of the current detector 36 for detecting the current of the motor M, the encoder 12 for detecting the rotation of the motor M, and the encoder 12. 37, and an anti-windup controller 38 are provided.
  • the current detector 36 is arranged between the H bridge circuit 35 and the motor M, and inputs the detected current value to the input side adder / subtractor 32B of the current control unit 32.
  • the rotation speed of the motor M calculated by the speed calculator 37 is input to the first addition / subtractor 31C of the speed control unit 31 and the current command limiter 33.
  • the motor driver 11 generates an operation amount by performing PI calculation or the like on the difference between the limited current command and the current of the motor M in the current controller 32A of the current control unit 32.
  • the PWM controller 34 determines the duty ratio of the control PWM signal given to the H-bridge circuit 35 based on the operation amount input from the current controller 32A, and controls the voltage applied to the motor M.
  • the anti-windup controller 38 inputs the above-mentioned pre-limit current command and post-limit current command via the adder / subtractor 38A, and integrates the difference value between the pre-limit current command and the post-limit current command by multiplying the proportional gain. Subtract from the input of the controller 31B. As a result, the anti-windup controller 38 appropriately limits the integrated value of the integral controller 31B and suppresses the anti-windup phenomenon due to the output saturation of the speed control unit 31.
  • the power consumption per motor driver 11 to which the power supply E is supplied is the power (rotation) of the motor M driven by the motor driver 11. It is the sum of the speed ⁇ ⁇ torque ⁇ ) and the loss (sum of motor resistance and driver resistance R ⁇ motor current i ⁇ 2) ”.
  • the input voltage of one motor driver 11 during power running is Pd
  • the rotation speed of the motor M is ⁇
  • the torque is ⁇
  • the current is i
  • the torque constant is kt.
  • Pd ⁇ ⁇ ⁇ + R ⁇ i2... Equation 1
  • ⁇ kt ⁇ i between the torque ⁇ and the current i
  • the equation 1 can be expressed as the following equation 2.
  • Pd ⁇ ⁇ kt ⁇ i + R ⁇ i2 ...
  • Equation 2 Therefore, in the current command limiter 33, the input voltage Pd of the motor driver 11 is set to 1/6 of the supplyable power (power supply capacity) of the power supply E, and the power supply capacity actually distributed for the power of the motor M is set. Set it to 1/6 or less.
  • a table showing the characteristics in FIG. 4, that is, a table of the limit value of the current i with respect to the rotation speed ⁇ of the motor M is prepared in advance, and the rotation speed ⁇ of the current motor M is used from the table.
  • the current is limited by referring to the limit value of the current i with respect to.
  • power running is a state in which the motor M is rotationally driven in the direction in which the linear actuator 10 is extended or contracted.
  • the regeneration is a state in which rotation is applied to the motor M by a load generated in the extension direction or the contraction direction of the linear actuator 10.
  • the first quadrant is the region of power running when the linear actuator 10 is in the extended state
  • the second quadrant is the region of regeneration when the linear actuator 10 is in the contracted state.
  • the third quadrant in FIG. 4 is a region of power running when the linear actuator 10 is in a contracted state
  • the fourth quadrant is a region of regeneration when the linear actuator 10 is in an extended state.
  • the limit value in the power running region indicates a limit value that keeps the input power of the motor driver 11 constant, and the limit value in the regenerative region is intended to protect the motor driver 11 or limit the load. It is a limit value. That is, the current command limiter 33 of this embodiment changes the current limit between the power running region that rotationally drives the motor M and the regenerative region in which the motor M rotates due to an external load. During regeneration, power is not supplied from the power source of the spacecraft, so it is not necessary to limit the current. Further, the regenerative current can be prevented from flowing back to the power source E and absorbed by the regenerative power absorption circuit 14 shown in FIG.
  • the current command limiter 33 inputs the rotation speed of the motor M and the pre-limit current command which is the output of the speed control unit 31, and the pre-limit current command is the table shown in FIG. 4 in terms of the rotation speed of the motor M.
  • the pre-limit current command is limited to the post-limit current command and output.
  • the pre-limit current command is smaller than the post-limit current command, the pre-limit current command is output as it is as the post-limit current command.
  • the limiting curve is regenerated in the contraction direction (second) which is opposite to the power running operation (extension operation). Extend to quadrant).
  • the limiting curve is extended to the regeneration region (fourth quadrant) in the extension direction opposite to the power running operation (contraction operation). do. This makes it possible to prevent torque fluctuations due to a large stepwise change in the limit value of the current i.
  • the power consumption per linear actuator 10 in the current command limiter 33 is 1/6 or less of the power supply capacity distributed for the power of the motor M.
  • the above-mentioned power control device can mount the docking device 1 on a spacecraft having a small power supply capacity without the need for modification to increase the power supply capacity, and the manufacturing cost of the spacecraft can be reduced. Can also contribute to.
  • the power control device described above includes the anti-windup controller 39, it is possible to prevent the windup phenomenon caused by the output saturation of the speed control unit 31, and further, in the current command limiter 33,
  • the current limitation based on the power consumption limit is performed only in the power running region and the current limitation based on the power consumption limitation is not performed in the regeneration region, the characteristics of the linear actuator 10 before the current limitation can be maintained in the regeneration region.
  • a docking device it is possible to correct misalignment and attenuate the inertial force, which is the same as before the current limit.

Abstract

６軸のパラレルリンク機構５を備えたドッキング装置１におけるリニアアクチュエータ１０の電力制御装置であって、リンク４に生じた荷重に基づいてリニアアクチュエータ１０のモータＭの回転速度を制御するモータドライバ１１が、電流指令を出力する速度制御部３１と、電流指令を電圧指令に変換する電流制御部３２と、リニアアクチュエータ１０の１本あたりの消費電力がモータ動力用の電源容量の１／６以下となるように速度制御部３１の電流指令を制限する電流指令制限器３３とを備え、電源容量が小さい宇宙機に対しても、電源容量の改修を必要とせずにドッキング装置１を搭載可能にした。

Description

ドッキング装置におけるリニアアクチュエータの電力制御装置
 　本発明は、パラレルリンク機構を備えた宇宙機のドッキング装置において、パラレルリンク機構のリニアアクチュエータに供給する電力を制御するのに用いられる電力制御装置に関するものである。
 　従来において、ドッキング装置としては、例えば、特許文献１に開示されているものがある。特許文献１に記載のドッキング装置は、宇宙機に搭載され、６軸のパラレルリンク機構を構成する６本のリニアアクチュエータの伸縮速度を制御することにより、他の宇宙機とのドッキング時において、宇宙機同士のミスアライメントの補正と慣性力の減衰を実現する。各リニアアクチュエータには、ナット及びリードねじで構成されたボールねじをモータで駆動する方式が用いられ、宇宙機に搭載した電源からドライバを介してモータに電力を供給する。
ＵＳ６３５４５４０Ｂ１
 　しかしながら、上記したような従来のドッキング装置は、宇宙機の電源容量が小さい場合、各リニアアクチュエータのモータに充分な電力を供給できないので、宇宙機への搭載が不可になる。このため、ドッキング装置は、宇宙機への搭載を可能にするには、電源容量を増すための改修が不可欠になり、その結果、宇宙機の製造コストが嵩むという問題点があった。
 　本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、電源容量が小さい宇宙機に対しても、電源容量を増すための改修を必要とせずにドッキング装置を搭載することができるドッキング装置におけるリニアアクチュエータの電力制御装置を提供することを目的としている。
 　本発明に係わるドッキング装置におけるリニアアクチュエータの電力制御装置は、リニアアクチュエータにより伸縮駆動される６本のリンクを構成要素とする６軸のパラレルリンク機構を備えたドッキング装置において、各リンクのリニアアクチュエータに供給する電力を制御する装置である。この電力制御装置は、ドッキング時にリンクの軸線方向に生じた荷重に基づいてリニアアクチュエータの駆動源であるモータの回転速度を制御するモータドライバを有し、モータドライバが、モータの速度指令に基づいてモータに電流指令を出力する速度制御部と、速度制御部からの電流指令を電圧指令に変換する電流制御部とを備えると共に、速度制御部と電流制御部との間に、電流指令制限器を備え、電流指令制限器が、リニアアクチュエータ１本あたりの消費電力がモータ動力用の電源容量の１／６以下となるように電流指令を制限することを特徴としている。
 　本発明に係わるドッキング装置におけるリニアアクチュエータの電力制御装置は、上記構成を採用したことにより、電源容量が小さい宇宙機に対しても、電源容量を増すための改修を必要とせずにドッキング装置を搭載することができる。
ドッキング装置の一例を説明する斜視図である。 制御系全体を示すブロック図である。 モータドライバを説明するブロック図である。 電流指令制限器の特性テーブルを説明するグラフである。
 　図１は、本発明に係わるリニアアクチュエータの電力制御装置が適用可能なドッキング装置の一例を説明する図である。図示のドッキング装置１は、宇宙空間を慣性飛行する一方の宇宙機Ａに搭載され、同じく宇宙空間を慣性飛行する他方の宇宙機Ｂとの結合に用いられる。
 　上記のドッキング装置１は、一方の宇宙機Ａの結合部に配置したベースリング２と、他方の宇宙機Ｂに対してドッキング時に接触する捕獲リング３と、リニアアクチュエータ１０により伸縮する６本のリンク４により構成されて６自由度をもってベースリング２及び捕獲リング３を連結するパラレルリンク機構５と、各リンク４のリニアアクチュエータ１０を制御するための制御部６とを備えている。本発明に係わる電力制御装置は、制御部６の少なくとも一部である。
 　また、ドッキング装置１は、捕獲リング３上に、１２０度間隔で配置したガイド２０を備えている。これに対して、他方の宇宙機Ｂの結合部には、一方の宇宙機Ａと同様の捕獲リング３及びガイド２０が配置してある。
 　リニアアクチュエータ１０は、図示を省略するが、ナット及びリードねじで構成されたボールねじをモータで駆動する方式が用いられ、リンク４の軸線方向に生じた荷重を測定するためのロードセルや、モータの回転速度を測定するためのパルスエンコーダなどのセンサ類を備えている。
 　上記のドッキング装置１は、宇宙機同士の結合過程において、他方の宇宙機Ｂに捕獲リング３が接触した時点で、パラレルリンク機構５の各リンク４における荷重データ及び軸方向データを測定し、これらのデータに基づいて捕獲リング３の中心における荷重ベクトル及びトルクベクトルを算出し、これらのベクトルに基づいて各リニアアクチュエータ１０による各リンク４の伸縮動作を制御する。これにより、ドッキング装置１は、宇宙機間のミスアライメントを補正するように捕獲リング３の挙動をコントロールすると共に、各リンク４に生じる荷重が徐々に減少するようにリニアアクチュエータ１０の伸縮速度を調整して、他方の宇宙機Ｂが有する慣性力を減衰させる。
 　上記のドッキング装置におけるリニアアクチュエータ１０の電力制御装置は、各リンク４のリニアアクチュエータ１０に供給する電力を制御する装置であって、リニアアクチュエータ１０の制御系を、仮想コンプライアンス制御で構成する。仮想コンプライアンス制御は、周知のコンプライアンス制御と同様に、パラレルリンク機構５に作用する力・モーメントをロードセル等から検出して、仮想のばねマスダンパ系になるように、各リニアアクチュエータの動作速度を制御するものであり、衝撃がほとんど無いドッキングを実現し得る。
 　上記のリニアアクチュエータ１０の電力制御装置は、図２に示すように、各リンク４毎に設けたモータドライバ１１、モータＭ及びエンコーダ１２に対して、電源Ｅ、逆流防止用ダイオード１３、回生電力吸収回路１４、及び仮想コンプライアンス制御を行うための上位コントローラ１５を備えている。上位コントローラ１５は、ドッキング時にリンク４の軸線方向に生じた荷重を入力し、その荷重に基づいてモータドライバ１１に速度指令を出力する。そして、各リンク４におけるモータＭの回転速度を制御することにより、先述したミスアライメントの補正及び慣性力の減衰を実施するべく、リンク４の伸縮動作並びに捕獲リング３の挙動をコントロールする。
 　上記のモータドライバ１１は、図３に示すように、仮想コンプライアンス制御により得られたモータＭの速度指令に基づいて電流指令を出力する速度制御部３１と、速度制御部３１からの電流指令を電圧指令に変換する電流制御部３２とを備えると共に、速度制御部３１と電流制御部３２との間に、リニアアクチュエータ１０の１本あたりの消費電力が、モータＭの動力用に分配される電源容量の１／６以下となるように電流指令を制限する電流指令制限器３３を備えている。
 　なお、モータドライバ１１の上流電源は、モータＭの動力以外に、上位コントローラ１５や各モータドライバ１１の制御電源にも使用する。このため、電流指令制限器３３で制限の対象とする電源容量とは、上流電源からモータＭの動力用に分配される電源容量のことであり、宇宙機に搭載する主電源の総容量（宇宙機の電源容量）ではない。
 　速度制御部３１は、比例制御器３１Ａと、積分制御器３１Ｂと、入力側の第１及び第２の加減算器３１Ｃ，３１Ｄと、出力側の第３加減算器３１Ｅとを備えている。電流制御部３２は、電流制御器３２Ａと、入力側加減算器３２Ｂとを備えている。電流指令制限器３３は、速度制御部３１の第３加減算器３１Ｅから制限前電流指令を入力し、電流制御部３２の入力側加減算器３２Ｂに制限後電流指令を出力する。
 　また、モータドライバ１１は、電流制御部３２からモータＭに至る間に、電圧指令が入力されるＰＷＭ制御器３４、及びＨブリッジ回路３５を直列に備えている。さらに、モータドライバ１１は、モータＭの電流を検出するための電流検出器３６、モータＭの回転を検出するためのエンコーダ１２、エンコーダ１２の検出値からモータＭの回転速度を算出する速度演算器３７、及びアンチワインドアップ制御器３８を備えている。
 　電流検出器３６は、Ｈブリッジ回路３５とモータＭとの間に配置され、検出した電流値を電流制御部３２の入力側加減算器３２Ｂに入力する。速度演算器３７が算出したモータＭの回転速度は、速度制御部３１の第１加減算器３１Ｃ、及び電流指令制限器３３に入力される。
 　上記構成により、モータドライバ１１は、電流制御部３２の電流制御器３２Ａにおいて、制限後電流指令とモータＭの電流の差分をＰＩ演算等することで操作量を生成する。ＰＷＭ制御器３４は、電流制御器３２Ａから入力した操作量に基づいて、Ｈブリッジ回路３５に与える制御用ＰＷＭ 信号のデューティ比を決定し、モータＭに印加する電圧を制御する。
 　アンチワインドアップ制御器３８は、加減算器３８Ａを介して、上述した制限前電流指令及び制限後電流指令を入力し、制限前電流指令と制限後電流指令との差分値に比例ゲインを乗じて積分制御器３１Ｂの入力から減算する。これにより、アンチワインドアップ制御器３８は、積分制御器３１Ｂの積分値を適切に制限して、速度制御部３１の出力飽和によるアンチワインドアップ現象を抑制する。
 　ここで、電流指令制限器３３における電流指令の制限の仕方は、「電源Ｅの供給先であるモータドライバ１１の１個あたりの消費電力は、モータドライバ１１により駆動されるモータＭの動力（回転速度ω×トルクτ）と、損失（モータ抵抗とドライバ抵抗の和Ｒ×モータ電流ｉ^２）の和である」という関係に基づいている。
 　ここで、力行時のモータドライバ１１の１個の入力電圧をＰｄとし、モータＭの回転速度をω、トルクをτ、電流をｉ、トルク定数をｋｔとし、ドライバＦＥＴのオン抵抗とモータＭの巻線抵抗との合成抵抗をＲとすると、力行時には、以下の式１の関係がある。
 　　Ｐｄ＝τ×ω＋Ｒ×ｉ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…式１
 　また、トルクτと電流ｉとの間には、τ＝ｋｔ×ｉの関係があるので、式１は以下の式２のように表すことができる。
 　　Ｐｄ＝ω×ｋｔ×ｉ＋Ｒ×ｉ２　　　　　　　　　　　　　　　　　 …式２
 　そこで、電流指令制限器３３では、モータドライバ１１の入力電圧Ｐｄを電源Ｅの供給可能電力（電源容量）の１／６に設定し、実際にはモータＭの動力用に分配される電源容量の１／６以下になるように設定する。
 　上記の式２において、トルク定数ｋｔ及び合成抵抗Ｒは定数であり、上記入力電圧Ｐｄも一定値に設定されるので、回転速度ωが与えられると力行時の電流ｉが以下の式３により求められる。
 　　 ｉ＝{－ω×ｋｔ＋√（（ω×ｋｔ）２＋４×Ｒ×Ｐｄ）}／（２×Ｒ）　 …式３
 　よって、電流指令制限器３３では、図４に特性を示すテーブル、すなわちモータＭの回転速度ωに対する電流ｉの制限値のテーブルを予め用意しておき、そのテーブルから現在のモータＭの回転速度ωに対する電流ｉの制限値を参照して電流制限をする。
 　図４において、力行は、リニアアクチュエータ１０が伸展又は収縮する方向にモータＭが回転駆動されている状態である。また、回生は、リニアアクチュエータ１０の伸展方向又は収縮方向に生じた荷重によりモータＭに回転が付与されている状態である。図４中の第一象限は、リニアアクチュエータ１０が伸展状態で力行の領域、第二象限は、リニアアクチュエータ１０が収縮状態で回生の領域である。また、図４中の第三象限は、リニアアクチュエータ１０が収縮状態で力行の領域、第四象限は、リニアアクチュエータ１０が伸展状態で回生の領域である。
 　上記の電流指令制限器３３において、力行領域の制限値は、モータドライバ１１の入力電力を一定とする制限値を示し、回生領域の制限値は、モータドライバ１１の保護又は荷重制限を目的とした制限値である。つまり、この実施形態の電流指令制限器３３は、モータＭを回転駆動する力行領域と、外部荷重によりモータＭが回転する回生領域とで、電流制限を変えている。なお、回生時は、宇宙機の電源からの電力供給が行われないので、電流制限を実施しなくて構わない。また、回生時の電流については、電源Ｅへの逆流を防止すると共に、図２に示す回生電力吸収回路１４に吸収させることが可能である。
 　上記の電流指令制限器３３は、モータＭの回転速度と速度制御部３１の出力である制限前電流指令とを入力し、その制限前電流指令が、モータＭの回転数において図４に示すテーブルで定めた制限後電流指令よりも大きいときに、制限前電流指令を制限後電流指令に制限して出力する。また、制限前電流指令が制限後電流指令よりも小さいときは、制限前電流指令をそのまま制限後電流指令として出力する。
 　また、電流指令制限器３３は、モータＭ及びモータドライバ１１の保護を目的とした制限値、又は荷重制限を目的とした制限値が、ω＝０であるときの式３により求められる制限値よりも大きい場合には、図４中に点線で示すように、力行領域の制限曲線を力行動作とは逆向きの回生領域まで延長して電流ｉの制限値を設定する。
 　より具体的には、リニアアクチュエータ１０が伸展方向に力行している場合（第一象限）には、その制限曲線を力行動作（伸展動作）とは逆向きである収縮方向の回生領域（第二象限）まで延長する。また、リニアアクチュエータ１０が収縮方向に力行している場合（第三象限）には、その制限曲線を力行動作（収縮動作）とは逆向きである伸展方向の回生領域（第四象限）まで延長する。これにより、電流ｉの制限値が段階的に大きく変化することによるトルク変動を防止することができる。
 　上記のドッキング装置におけるリニアアクチュエータの電力制御装置は、電流指令制限器３３において、リニアアクチュエータ１０の１本あたりの消費電力が、モータＭの動力用に分配される電源容量の１／６以下となるように電流指令を制限することにより、全てのリンク４のリニアアクチュエータ１０が力行動作をしても、それらの消費電力がモータ動力用の電源容量を超えることがない。
 　これにより、上記の電力制御装置は、電源容量が小さい宇宙機に対しても、電源容量を増すための改修を必要とせずにドッキング装置１を搭載することができ、宇宙機の製造コストの低減にも貢献することができる。
 　また、上記の電力制御装置は、アンチワインドアップ制御器３９を備えているので、速度制御部３１の出力飽和により発生するワインドアップ現象を防止することができ、さらに、電流指令制限器３３において、力行領域でのみ消費電力制限に基づいた電流制限を行い、回生領域では消費電力制限に基づいた電流制限を行わない場合には、回生領域では電流制限前におけるリニアアクチュエータ１０の特性を維持することができ、ドッキング装置として電流制限前と同等のミスアライメントの補正と慣性力の減衰を行うことができる。
 　本発明に係わるドッキング装置におけるリニアアクチュエータの電力制御装置は、その構成の細部が上記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更することが可能である。
 　１　ドッキング装置
 　４　リンク
　５　パラレルリンク機構
 　１０　リニアアクチュエータ
　１１　モータドライバ
　３１　速度制御部
 　３２　電流制御部
 　３３　電流指令制限器
 　３８　アンチワインドアップ制御器
 　Ｅ　電源
 　Ｍ　モータ

Claims (5)

  1.  　リニアアクチュエータにより伸縮駆動される６本のリンクを構成要素とする６軸のパラレルリンク機構を備えたドッキング装置において、
     　各リンクのリニアアクチュエータに供給する電力を制御する装置であって、
     　ドッキング時にリンクの軸線方向に生じた荷重に基づいてリニアアクチュエータの駆動源であるモータの回転速度を制御するモータドライバを有し、
     　モータドライバが、モータの速度指令に基づいてモータに電流指令を出力する速度制御部と、速度制御部からの電流指令を電圧指令に変換する電流制御部とを備えると共に、速度制御部と電流制御部との間に、電流指令制限器を備え、
     　電流指令制限器が、リニアアクチュエータ１本あたりの消費電力がモータ動力用の電源容量の１／６以下となるように電流指令を制限することを特徴とするドッキング装置におけるリニアアクチュエータの電力制御装置。
  2.  　モータドライバが、速度制御部における出力飽和を防止するアンチワインドアップ制御器を備えていることを特徴とする請求項１に記載のドッキング装置におけるリニアアクチュエータの電力制御装置。
  3.  　電流指令制限器が、モータの回転速度をω、モータのトルク定数をｋｔ、モータ抵抗とドライバ抵抗の和をＲ、及びモータの力行時のドライバ１個の入力電圧をＰｄとしたときに、モータの力行時の電流ｉを次式、
     　　 ｉ＝{－ω×ｋｔ＋√（（ω×ｋｔ）２＋４×Ｒ×Ｐｄ）}／（２×Ｒ）、
    で算出することを特徴とする請求項１又は２に記載のドッキング装置におけるリニアアクチュエータの電力制御装置。
  4.  　電流指令制限器が、モータの回転速度に対する電流の制限値のテーブルを有し、モータを回転駆動する力行領域と、外部荷重によりモータが回転する回生領域とで、電流の制限値を変えていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のドッキング装置におけるリニアアクチュエータの電力制御装置。
  5.  　電流指令制限器は、モータ及びモータドライバの保護を目的とした制限値、又は荷重制限を目的とした制限値が、モータの回転速度が０であるときのテーブルにより求められる制限値よりも大きい場合、力行領域の制限曲線を力行動作とは逆向きの回生領域まで延長して電流の制限値を設定することを特徴とする請求項４に記載のドッキング装置におけるリニアアクチュエータの電力制御装置。
PCT/JP2021/044330 2020-12-21 2021-12-02 ドッキング装置におけるリニアアクチュエータの電力制御装置 WO2022138053A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US18/039,463 US20240022189A1 (en) 2020-12-21 2021-12-02 Power controller for linear actuator in docking device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-211092 2020-12-21
JP2020211092A JP2022097864A (ja) 2020-12-21 2020-12-21 ドッキング装置におけるリニアアクチュエータの電力制御装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022138053A1 true WO2022138053A1 (ja) 2022-06-30

Family

ID=82159493

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/044330 WO2022138053A1 (ja) 2020-12-21 2021-12-02 ドッキング装置におけるリニアアクチュエータの電力制御装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20240022189A1 (ja)
JP (1) JP2022097864A (ja)
WO (1) WO2022138053A1 (ja)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6354540B1 (en) * 1998-09-29 2002-03-12 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Androgynous, reconfigurable closed loop feedback controlled low impact docking system with load sensing electromagnetic capture ring
JP2015008590A (ja) * 2013-06-25 2015-01-15 三菱電機株式会社 モータ制御装置
JP2016062779A (ja) * 2014-09-18 2016-04-25 日本精機株式会社 照明装置
WO2018180086A1 (ja) * 2017-03-31 2018-10-04 株式会社Ｉｈｉエアロスペース ドッキング装置
JP2018172025A (ja) * 2017-03-31 2018-11-08 株式会社Ｉｈｉエアロスペース ドッキング装置
WO2020048579A1 (en) * 2018-09-03 2020-03-12 Abb Schweiz Ag Current control for passivity of a power converter
CN111547280A (zh) * 2020-05-20 2020-08-18 上海航天控制技术研究所 一种低功耗高集成高可靠空间黏附装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6354540B1 (en) * 1998-09-29 2002-03-12 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Androgynous, reconfigurable closed loop feedback controlled low impact docking system with load sensing electromagnetic capture ring
JP2015008590A (ja) * 2013-06-25 2015-01-15 三菱電機株式会社 モータ制御装置
JP2016062779A (ja) * 2014-09-18 2016-04-25 日本精機株式会社 照明装置
WO2018180086A1 (ja) * 2017-03-31 2018-10-04 株式会社Ｉｈｉエアロスペース ドッキング装置
JP2018172025A (ja) * 2017-03-31 2018-11-08 株式会社Ｉｈｉエアロスペース ドッキング装置
WO2020048579A1 (en) * 2018-09-03 2020-03-12 Abb Schweiz Ag Current control for passivity of a power converter
CN111547280A (zh) * 2020-05-20 2020-08-18 上海航天控制技术研究所 一种低功耗高集成高可靠空间黏附装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022097864A (ja) 2022-07-01
US20240022189A1 (en) 2024-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5689704B2 (ja) モータ制御装置およびモータ制御方法
US7319909B2 (en) Position control device, measuring device and machining device
US7560891B2 (en) Position control apparatus
JP6043231B2 (ja) 電動機制御装置
JP4685071B2 (ja) モータ制御装置及びモータ制御方法
JP6975886B2 (ja) ロボットの制御方法
US5959422A (en) Device for and method of controlling vibrations of a two-inertial resonant system
US20210083617A1 (en) Gimbal and motor control method and device
WO2022138053A1 (ja) ドッキング装置におけるリニアアクチュエータの電力制御装置
JP6447141B2 (ja) ロボットの非常停止方法、ロボットの制御装置
JP2007043884A (ja) 多慣性共振系の振動抑制制御方法及び装置
CN107894749B (zh) 伺服电动机控制装置及其方法、计算机可读取的记录介质
JP2000218577A (ja) ロボット制御装置
JP4240517B2 (ja) サーボモータおよび多関節ロボットの異常負荷検出制御方法
JP4513071B2 (ja) ロボットの制御装置
JP7271266B2 (ja) 制御装置
JP3536487B2 (ja) 電動式パワ−ステアリング装置の制御装置
JP2010045912A (ja) モータ制御装置
JP7358942B2 (ja) モータ制御装置及びモータ制御方法
JP2003131704A (ja) オーバーシュート抑制機能を備えたモータ制御装置
JPH04336987A (ja) 把持装置
JPH08147038A (ja) モータの駆動制御装置
JP5125587B2 (ja) モータ制御装置及びモータ制御方法
TW202130111A (zh) 馬達控制裝置及馬達控制方法
JP3584733B2 (ja) モータ駆動装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21910205

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18039463

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21910205

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1